預(yù)應(yīng)力變截面連續(xù)箱梁施工掛籃設(shè)計(jì)與應(yīng)用
關(guān)鍵詞：箱梁，三角掛籃，設(shè)計(jì)優(yōu)化
1 工程概況
云南元磨高速公路K306+814特大橋?yàn)槿纾?4m+140m+84m）預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋，全長328米，橋?qū)?2.5米，全橋?qū)挃嗝鏋橐粏蜗鋯问�，箱梁頂面寬�?2.5米，底部寬為11.5米。箱梁根部寬度為7.5米，跨中及合攏段斷面梁高為3米。箱梁底板下緣按二次拋物線變化，從懸臂根部至懸澆段結(jié)束處95cm連續(xù)變化至32cm，箱梁腹板厚度墩頂梁段為70cm，其它各梁段均為50cm。
箱梁0號(hào)及1號(hào)塊用托架澆筑施工。2#—19#塊由掛籃懸臂澆筑；2#—11#塊長度均為3米，12#—19#塊均為4米。掛籃澆筑最12#砼重量為222.7噸，最輕塊19#塊砼重量156.0噸，2#塊砼重量為178.8噸，7#塊砼重量為213.9噸。
2 掛籃設(shè)計(jì)
2.1 掛藍(lán)選型
在掛籃的選型及方案比較時(shí)，根據(jù)該橋的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)院的要求（掛籃自重包括模板重不超過133.6噸），隨著掛籃的日益發(fā)展與成熟，主要進(jìn)行以下的比選（表1）
通過比較及以前的施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，最后確定設(shè)計(jì)為三角掛籃。
2.2 掛藍(lán)基本構(gòu)造
施工掛藍(lán)主要由主桁、底藍(lán)、懸吊系統(tǒng)、后錨、模板系統(tǒng)以及配重組成。
(1) 主桁
主桁為三角桁片，一個(gè)掛藍(lán)兩個(gè)三角
桁片通過橫梁、平聯(lián)、后橫聯(lián)連接。一片
主桁由立柱、謝拉帶、主梁組成，共同承
受主桁前、中橫梁傳給的外荷載。其中主
梁由2根150d型鋼組成，單根長1390cm，
是掛藍(lán)主要的承重結(jié)構(gòu)，掛藍(lán)兩根主梁之
間設(shè)平聯(lián)，以減少負(fù)荷后側(cè)向變形，增加
整體穩(wěn)定性，主梁與立柱、斜拉代的連接，
為了保證三角桁架拼裝后受力良好，防止拼裝后處于應(yīng)力過大或無應(yīng)力狀態(tài)，加工主梁銷孔時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙尺寸加工，一個(gè)主桁主梁的相鄰距離只能出現(xiàn)負(fù)誤差，誤差范圍為0—1mm；立柱山2根I45a型鋼加工而成，單根長545cm，銷孔間距為471.5cm，加工時(shí)，立柱銷孔間距誤差范圍為±1mm；立柱與主梁用牛腿連接，立柱橫聯(lián)采用由槽鋼[20a及腳鋼﹤80×80×10焊接而成的剛性桁架；斜拉帶材料為16Mn鋼，前斜拉帶由一根4×28cm鋼板加工而成，后斜拉帶由兩根2×28cm鋼板加工而成。斜拉帶端部擴(kuò)大，并加焊加強(qiáng)板。加工時(shí)斜拉帶孔距只允許出現(xiàn)正誤差，誤差范圍0—1mm。斜拉帶加工時(shí)加工線型必須平滑，防止局部應(yīng)力集中。
(2) 底藍(lán)
底藍(lán)由前橫梁、后
橫梁、縱梁等組成，其
中底藍(lán)前橫梁為桁架梁，
由兩片桁片加工而成，
單片桁片上弦、斜桿及
豎桿均為兩根[12.6。兩
桁片通過平聯(lián)板連接；
底藍(lán)后橫梁為桁架梁，
由兩片桁片加工而成，單片桁片上弦為1根I36a型鋼，下弦、斜桿及豎桿均為兩根[12.6。兩桁片通過平聯(lián)板連接；底藍(lán)縱梁為桁架梁�？v梁上弦為1根I20a，下弦及豎桿、斜桿均為2根[8�？v梁高70cm。
(3) 懸吊系統(tǒng)
懸吊系統(tǒng)主要由桁架式前橫梁、中橫梁和前、后吊帶及箱內(nèi)后錨帶組成，其中前橫梁由兩片桁片加工而成，單片桁片上弦為1根I10a型鋼，下弦、斜桿及豎桿均為兩根[12.6，兩桁片通過平聯(lián)板連接，中橫梁由兩片桁片加工而成，單片桁片上弦1根I32a，下弦、斜桿及豎桿均為兩根[12.6。兩桁片通過平聯(lián)板連接；前后吊帶、箱內(nèi)后錨帶均為165Mn鋼，后錨帶截面為18×4cm，前吊帶截面為16×4cm，后吊帶及行走吊帶截面為16×2cm。
(4) 后錨及平衡重
后錨由錨固梁、錨桿組成，上端通過錨固梁錨于主梁尾部，下端通過4級(jí)直徑為32mm的錨桿及連接器錨于豎向預(yù)應(yīng)力筋上。一個(gè)掛藍(lán)共設(shè)后錨8根，在主梁后支點(diǎn)前后各設(shè)4根，平衡重則由兩根I45a組成平衡重梁即后橫梁，每根長14m，雙懸臂于主梁上，單個(gè)掛藍(lán)平衡重為26噸。
施工時(shí)必須嚴(yán)格控制此壓重，以保證掛藍(lán)空載行走時(shí)安全，并達(dá)到足夠的抗傾覆系數(shù)，及在掛藍(lán)使用過程中，不致使后錨帶產(chǎn)生過大變形影響掛藍(lán)前端撓度。
(5) 行走系統(tǒng)：
整個(gè)桁架結(jié)構(gòu)支承在由于鋼加工面成的前后支腿上。每根縱梁支腿下設(shè)一對(duì)間距為16cm的13kg級(jí)鋼軌，鋼軌下鋪20*18*100cm枕木，前后支腿處枕木為并排的四根，其余間距為50cm。
在鋼軌與支腿之間放置走棍（Φ15mm），通過走棍的滾動(dòng)掛籃前移。掛籃前移時(shí)，由手拉葫蘆牽引前進(jìn)（嚴(yán)禁使用卷揚(yáng)機(jī)牽引），并在每片主梁后端設(shè)兩個(gè)10噸限速、限位、正滑葫蘆。
為了保證掛籃行走的安全，應(yīng)在箱梁前端及鋼軌前端設(shè)置限位裝置（本圖未示），以防止掛籃滑出鋼軌或箱梁前端引起掛籃傾覆。
(6) 模板系統(tǒng)
模板系統(tǒng)由外側(cè)模、側(cè)模架、底模板、頂模板、內(nèi)模架組成，并控制模板總重17.8噸。
(7) 張拉平臺(tái)及安全防護(hù)設(shè)施
在底籃兩側(cè)及前端設(shè)置防護(hù)欄桿及防墜網(wǎng)，在主珩上特別是前橫梁吊帶處設(shè)置安全防護(hù)欄，確保施工安全。
2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)算
4.1基本載荷：節(jié)段混凝土質(zhì)量、鋼筋及鋼絞線；掛籃、模板自重；風(fēng)荷載；施工機(jī)具、人員等施工荷載
4.2掛藍(lán)的計(jì)算原理：
4.2.1底籃計(jì)算
先將荷載分配到主梁桁架縱梁上，分別驗(yàn)算其強(qiáng)度與剛度，然后再驗(yàn)算前橫梁后橫梁的強(qiáng)度與剛度。
4.2.2主桁計(jì)算：
通過吊點(diǎn)分配梁計(jì)算得出的吊點(diǎn)反力作用于主桁上、驗(yàn)算主桁各部件，吊點(diǎn)的強(qiáng)度與剛度。驗(yàn)算各節(jié)點(diǎn)的局部應(yīng)力。
4.2.3抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算：
通過主桁計(jì)算得出的配重力來驗(yàn)算掛籃的整體抗傾覆性能。
4.3計(jì)算主要結(jié)果如下：
4.3.1縱梁：在12″塊施工時(shí)撓度最大：Fmax=3.27mm
4.3.2底藍(lán)后橫梁：在2″塊施工時(shí)撓度跨中：F=5.1mm；最大：F=6.3mm(已包括吊帶的伸長量、中橫梁撓度)
4.3.3底藍(lán)前橫梁：在12″塊施工時(shí)撓度最大：F=7.8mm（已包括吊帶伸長量、前橫梁撓度）
4.3.4前橫梁：前橫梁跨中撓度在施工12″塊施工時(shí)最大：F=2.6mm
4.3.5中橫梁：在2″塊施工時(shí)撓度最大：F=1.07mm
4.3.6前吊帶：在12″塊施工時(shí)伸長量最大：△L=2.91mm
4.3.7掛藍(lán)主桁前橫梁吊帶處撓度：2″塊施工時(shí)：F=9.54mm、12″塊施工時(shí)：F=11.97mm
4.3.8掛藍(lán)行走時(shí)后橫梁跨中最大撓度為F=36.11mm。
4.4工況分析：
4.4.1混凝土澆筑狀態(tài)：即該節(jié)混凝土澆注完畢，還不能考慮砼初凝對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，相當(dāng)于該節(jié)段砼完全作用與該掛籃上，并且還有混凝土澆注及振搗的輕微沖擊的影響，以及掛籃自重與施工荷載等。此橋掛籃設(shè)計(jì)以2號(hào)塊和2號(hào)塊兩個(gè)工況進(jìn)行計(jì)算。在此荷載組合下分別驗(yàn)算底籃、主桁、吊帶、后錨等結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及剛度，驗(yàn)算掛籃整體的抗傾覆穩(wěn)定性及橫向穩(wěn)定性。
4.4.2行走狀態(tài)：主要驗(yàn)算掛籃自重、施工荷載等荷載組合下的配重及吊帶等結(jié)構(gòu)。
4.4.3拼裝狀態(tài)：主要驗(yàn)算底籃拼裝成整體后在自重作用下四點(diǎn)吊裝時(shí)的強(qiáng)度及剛度。
3 荷載試驗(yàn)
為檢驗(yàn)掛籃主要受力構(gòu)件的實(shí)際能力、掛籃加工質(zhì)量和安全可靠性，對(duì)掛籃進(jìn)行等代荷載法加載試驗(yàn)，以測(cè)試掛籃主要受力構(gòu)件的撓度，獲得彈性變形值消除非彈性變形，為箱梁立模標(biāo)高提供數(shù)據(jù)。
加載方法為采用液壓千斤頂配合油泵、壓力表進(jìn)行，加載過程分別按設(shè)計(jì)荷載的60%、100%、130%三種噸位分級(jí)緩慢進(jìn)行，以便保持各千斤頂?shù)耐絽f(xié)調(diào)，達(dá)到理論荷載并穩(wěn)定后，即可進(jìn)行有關(guān)項(xiàng)目的測(cè)試，主要試驗(yàn)項(xiàng)目及其撓度試驗(yàn)結(jié)果如：
6.22#塊施工：安裝底模、側(cè)模；調(diào)校模板位置和標(biāo)高后，模板和腹板底籃；安裝內(nèi)模架；綁孔頂板和翼板鋼筋，用波文管設(shè)置預(yù)留孔；一對(duì)掛藍(lán)對(duì)稱澆筑底板、腹板、翼板、頂板混凝土；混凝土終凝后，張拉預(yù)應(yīng)力前測(cè)量掛籃和施工塊梁各測(cè)點(diǎn)標(biāo)高；混凝土達(dá)到張拉強(qiáng)度后張拉縱、橫豎向預(yù)應(yīng)力束，并壓漿；對(duì)掛籃后錨預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)先張拉后在錨固；張拉后測(cè)量各塊段箱梁測(cè)點(diǎn)標(biāo)高。
6.33#塊箱梁施工
在2#塊箱梁達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度，且張拉縱橫向預(yù)應(yīng)力束并壓漿后掛籃解體(詳見圖03)并加配重，前移就位，進(jìn)行下一塊段施工。
重復(fù)2#塊施工步驟。
6.44#～19#塊箱梁施工
6.4.1掛籃前移
在3#塊箱梁達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度，且張拉縱橫向預(yù)應(yīng)力束并壓漿后掛籃前移就位，進(jìn)行下一塊段施工。
6.4.2重復(fù)2#塊施工步驟。
6.5施工測(cè)量
在每一塊箱梁應(yīng)設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，施工前、后及施工過程中，應(yīng)加強(qiáng)測(cè)量監(jiān)控，連續(xù)觀測(cè)各階段箱梁撓度，以便必要時(shí)對(duì)箱梁預(yù)拱度進(jìn)行調(diào)整，測(cè)點(diǎn)布置圖如下：
在各塊段澆注前、澆注砼后、預(yù)應(yīng)力張拉后都應(yīng)觀測(cè)所有已澆混凝土各塊段測(cè)點(diǎn)標(biāo)高。
4 掛籃施工技術(shù)措施
4.1 掛藍(lán)拼裝
（1）嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行加工，螺栓孔眼及銷孔位置必須嚴(yán)格控制。
�。�2）銷孔處型鋼綴板必須保證等強(qiáng)度焊接。
（3）對(duì)于多方連接的桿件（如主梁、立拄、斜拉帶等）必須制作樣板精確加工，以減少安裝時(shí)麻煩。
�。�4）所有焊接焊縫應(yīng)按圖紙要求施焊，并且應(yīng)滿足等強(qiáng)度焊接。
�。�5）進(jìn)行構(gòu)件加工時(shí)，應(yīng)先閱讀圖紙說明，了解各種材料的材質(zhì)、規(guī)格、然后才能加工。本掛籃斜拉帶、呆帶及標(biāo)明的鋼板為16Mn鋼；所有銷子均為45#鋼，并作熱處理；其余材料均為A3鋼。
5.1.2拼裝要求
�。�1）三角桁片拼裝完成后，主梁、立柱和斜拉帶應(yīng)處于一定的安裝應(yīng)力狀態(tài)。
（2）三角桁片主梁頂、底面均應(yīng)與前橫梁連接牢固。
�。�3）底籃縱梁與底籃前、后橫梁間應(yīng)栓接緊密。
5.2拼裝程序
5.2.1準(zhǔn)備工作：在1#塊由托架施工完畢，張拉后，用1：2水泥砂漿找平鋪枕木部位；每根縱梁下設(shè)一對(duì)間距為16cm的鋼軌，鋼軌下按要求鋪枕木。
5.2.2拼裝主桁：安裝主梁、施加主梁后錨、安裝主梁平聯(lián)、安裝立柱、立柱平聯(lián)及斜拉帶，形成三角桁架：然后安裝主桁中橫梁及前橫梁，為加強(qiáng)掛籃的整體性、牢固性，在三角桁架安裝應(yīng)力調(diào)整后，立柱平聯(lián)應(yīng)與立柱焊接，主梁平聯(lián)及中橫梁應(yīng)與主梁焊接。安裝吊帶。
5.2.3安裝掛籃底籃后橫梁，安裝底籃前橫梁，安裝縱梁。
5.3掛籃施工完成后拆除：按照底籃縱梁、底籃橫梁、吊帶、前橫梁、斜拉帶、立柱、中橫梁、主梁平重、配重、主梁的順序進(jìn)行掛籃的拆除，拆除過程過必須采取安全防護(hù)措施，以確保高空作業(yè)安全。
5 結(jié)論
在高速公路連續(xù)剛構(gòu)特大橋的施工控制中，除基礎(chǔ)施工外，上部結(jié)構(gòu)連續(xù)剛構(gòu)也是工程施工的控制重點(diǎn)，因此在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，合理優(yōu)化掛籃設(shè)計(jì)，確保順利完成各個(gè)階段的施工任務(wù)的關(guān)鍵。
參考文獻(xiàn)
1.《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》JTJ021-89
2.《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》JTJ025-86
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